(Đồ án hcmute) băng chuyền nhận dạng, phân loại sản phẩm theo mẫu, kết hợp giám sát hệ thống thông qua mạng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO NGÀNH CNKT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: BĂNG CHUYỀN NHẬN DẠNG, PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MẪU, KẾT HỢP GIÁM SÁT HỆ THỐNG THÔNG QUA MẠNG GVHD SVTH MSSV Lớp Khoá : PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN : NGUYỄN XUÂN LỘC : 13141597 : 13141CLVT : 2013-2017 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2017 an TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BĂNG CHUYỀN NHẬN DẠNG, PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MẪU, KẾT HỢP GIÁM SÁT HỆ THỐNG THÔNG QUA MẠNG \ SVTH : NGUYỄN XUÂN LỘC MSSV :13141597 Khóa :2013 Ngành:CNKT Điện Tử - Truyền Thông GVHD:PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2017 i an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* TP Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 06 năm 2017 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: NGUYỄN XUÂN LỘC MSSV : 13141597 Ngành: CNKT Điện Tử - Truyền Thông Lớp : 13141CLVT Giảng viên hƣớng dẫn: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN ĐT : 0988.202.124 Ngày nhâṇ đề tài: 02/03/2017 Ngày nộp đề tài: 11/07/2017 Tên đề tài: BĂNG CHUYỀN NHẬN DẠNG, PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MẪU, KẾT HỢP GIÁM SÁT HỆ THỐNG THÔNG QUA MẠNG Các số liệu, tài liệu ban đầu: Kiến thức Xử Lý Ảnh, kỹ lập trình phần mềm Matlab, Arduino Nội dung thƣ̣c hiê ̣n đề tài : Thiết kế xây dựng băng chuyền phân loại sản phẩm theo mẫu có sẵn, mẫu đƣợc tùy chọn (tối đa mẫu) Cánh tay Robot gắp sản phẩm đƣợc phân loại vào ba kho Giám sát thông tin số lƣợng sản phẩm kho thông qua mạng internet Sản phẩm: Mơ hình băng chuyền phân loại sản phẩm, cánh tay robot gắp sản phẩm giám sát hệ thống thông qua mạng GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ii an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Họ tên sinh viên: NGUYỄN XUÂN LỘC MSSV : 13141597 Ngành: CNKT Điện Tử - Truyền Thông Lớp : 13141CLVT Tên đề tài: BĂNG CHUYỀN NHẬN DẠNG, PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MẪU, KẾT HỢP GIÁM SÁT HỆ THỐNG THÔNG QUA MẠNG Họ tên Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS PHẠM HỒNG LIÊN NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… Ƣu điểm: ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… Khuyết điểm: ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… Đề nghị cho bảo vệ hay không? ……………………………………………………………………………………… …… Đánh giá loại: ……………………………………………………………………………………… …… Điểm:……………….(Bằng chữ:…………………………………………………………) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) năm 2017 iii an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc ******* PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: NGUYỄN XUÂN LỘC MSSV : 13141597 Ngành: CNKT Điện Tử - Truyền Thông Lớp : 13141CLVT Tên đề tài: BĂNG CHUYỀN NHẬN DẠNG, PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MẪU, KẾT HỢP GIÁM SÁT HỆ THỐNG THÔNG QUA MẠNG Họ tên Giáo viên phản biện:………………… …………………………………… ……… ………… ………… ………… ………… …………… NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lƣợng thực hiện: ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… Ƣu điểm: ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… Khuyết điểm: ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… ……………………………………………………………………………………… …… Đề nghị cho bảo vệ hay không? ……………………………………………………………………………………… …… Đánh giá loại: ……………………………………………………………………………………… …… Điểm:……………….(Bằng chữ:…………………………………………………………) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng Giáo viên hƣớng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) năm 2017 iv an LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài này, ngƣời thực xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Đào tạo chất lƣợng cao, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh tận tình truyền đạt kiến thức năm học tập Đặc biệt, ngƣời thực xin chân thành cảm ơn Cô Phạm Hồng Liên tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian thực đồ án tốt nghiệp Bên cạnh đó, ngƣời thực xin cảm ơn anh, chị khóa trƣớc nhƣ bạn sinh viên lớp 13141CLVT nhiệt tình đóng góp ý kiến chia sẻ kinh nghiệm giúp đề tài hồn thành tốt Cuối cùng, kiến thức cịn hạn hẹp nên khơng tránh gói sai sót Ngƣời thực mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến q Thầy Cơ bạn để hoàn thiện Ngƣời thực xin chân thành cảm ơn! v an TÓM TẮT Ngày khoa học công nghệ đạt phát triển nhanh mạnh mẽ, với phát triển ngành kỹ thuật điện tử nói chung xử lý tín hiệu số nói riêng Những thành tựu đạt đƣợc nhƣ ứng dụng xử lý tín hiệu số ngày đƣợc sử dụng nhiều sống hàng ngày ngƣời ngành công nghiệp khác Đặc biệt lĩnh vực xử lý ảnh với tín hiệu số hình ảnh ngày phát triển nhanh chóng, ứng dụng mang lại hiệu thiết thực sống nhƣ: Photoshop, nén ảnh, nén video, nhận dạng sản phẩm, nhận dạng khuôn mặt, nhận dạng chữ viết, xử lý ảnh thiên văn, ảnh y tế, Hiểu nắm đƣợc tầm quan trọng, ngƣời thực định chọn đề tài “BĂNG CHUYỀN NHẬN DẠNG, PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MẪU, KẾT HỢP GIÁM SÁT HỆ THỐNG THÔNG QUA MẠNG” để làm Đồ án Tốt nghiệp Qua thể đƣợc khía cạnh thiết thực, hữu ích xử lý ảnh sống đại ngày Dù cố gắng nổ lực suốt thời gian thực đề tài nhƣng với lƣợng kiến thức thời gian giới hạn nên đề tài khơng tránh khỏi nhiều thiếu sót Ngƣời thực mong nhận đƣợc nhiều nhận xét ý kiến đóng góp q thầy bạn nhƣ hƣớng mở rộng, phát triển cho đề tài Ngƣời thực xin chân thành cảm ơn! vi an MỤC LỤC Trang phụ bìa……………………… …………………………….……… …… i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp……………………… ……………… …………… ii Phiếu nhận xét giáo viên hƣớng dẫn……………………… … …… …… iii Phiếu nhận xét giáo viên phản biện……………………… …… ……… … iv Lời cảm ơn……………………… ……………………………… ….………… v Tóm tắt……………………… …………………………………………….…… vi Mục lục……………………… ……… ……… ……… ……… …………… vii Danh mục chữ viết tắt……………………… …………… ……….………….ix Danh mục bảng biểu……………………… ………… ……… … ……… x Danh mục hình ảnh, biểu đồ……………………… ………… …… ……… xi CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN………………………………………………… …….1 1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu nay……………………… …………… 1.2 Tính cấp thiết của đề tài…………… ….…………….………… ………….…1 1.3 Mục tiêu nghiên cứu…………….…………….…………….….………….……1 1.4 Nhiệm vu ̣ nghiên cƣ́u…………….…………….…………….….………….… 1.5 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu…………….…………….…….………….…2 1.6 Phƣơng ph́áp nghiên cƣ́u…………….…………….………… …………….….2 1.7 Bố cục Đồ án…………….…………….………………… ………… .2 CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT……………………………………………….…4 2.1 Tìm hiểu xử lý ảnh…………………………………………………………… 2.1.1 Khái niệm xử lý ảnh.…………………………………………………….……4 2.1.2 Các vấn đề xử lý ảnh.………………………………………… 2.1.3 Giới thiệu ảnh số.…………………………………………………………… 2.1.4 Các đại lƣợng đặc trƣng…………………………………………………… 2.1.5 Ảnh màu xử lý ảnh màu………………………………………………… 2.1.6 Phân đoạn ảnh…………………………………………………………… 12 2.2 Kit Arduino UNO R3.…………………………… ………………………….18 2.2.1 Giới thiệu………………………………………… ……………………….18 2.2.2 Cấu trúc…………………………………………… …………………… 19 2.2.3 Các tính hỗ trợ…………………………………… ………………….21 2.2.4 Phƣơng thức lập trình…………………………………… …………… …22 2.3 Camera LifeCam HD-3000………………………………… ………………24 2.3.1 Giới thiệu…………………………………………………….……….…… 24 2.3.2 Tính hỗ trợ………………………………………………… ……… 24 2.4 Matlab R2014a……………………………………………………………… 25 vii an 2.4.1 Giới thiệu………………………………………… ……………………….25 2.4.2 Kết nối Camera với Matlab………………………… …………………… 26 2.4.3 Kết nối Arduino với Matlab…………………………… ………………….30 2.4.4 Tìm hiểu GUI………………………………………… …………… …34 2.5 Công nghệ IoT……………………………………………… …………… 34 2.5.1 Giới thiệu…………………………………………………… …………….34 2.5.2 Ngôn ngữ HTML……………………………………………… ………… 35 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG HỆ THỐNG…………… …….… 40 3.1 Yêu cầu sơ đồ khối hệ thống…………………………………… ……… 40 3.1.1 Yêu cầu hệ thống……………………………………………… …… 40 3.1.2 Sơ đồ khối chức khối…………………………………… ….40 3.2 Thiết kế hệ thống phần cứng……………………………………….………….58 3.2.1 Khối nguồn………………………………………………………………… 41 3.2.2 Khối điều khiển ngoại vi……………………………………… … ………43 3.2.3 Khối đếm sản phẩm, giao tiếp mạng………………… …………………….44 3.2.4 Motor…………………………………………………………………….… 46 3.2.5 Cánh tay robot……………………………………………………………….47 3.3 Lập trình phần mềm……………………………………… ………… …… 49 3.3.1 Lƣu đồ giải thuật………………………………………………….…………49 3.3.2 Thiết kế giao diện web giải thích hoạt động…………………….….……60 3.4 Giao diện chƣơng trình………………………………………………… ……60 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN………….………………………… … 62 4.1 Kết phần cứng…………………………………………………………….62 4.2 Kết phần mềm……………………………………………………………63 4.2.1 Giao diện web.………………………………………………………………63 4.2.2 Giao diện Guide Matlab…………………………………………………… 64 CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN…… ……………………66 5.1 Kết luận……………………………………………………………………… 66 5.2 Hƣớng phát triển………………………………………………………………66 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………… 67 PHỤ LỤC: HƢỚNG DẪN QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN…………………………68 viii an DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GND : Ground Vin : Volt Input USB : Universal Serial Bus RST : Reset SRAM : Static Random Access Memory EEPROM : Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory PWM : Pulse Width Modulation IDE : Intergrated Development Environment IoT : Internet of Things IP : Internet Protocol NAT : Network Address Translate ix an 3.3.2 Thiết kế giao diện web giải thích hoạt động Hình 3.27: Giao diện web hiển thị thơng tin số lƣợng sản phẩm kho Giải thích hoạt động: Hiển thị thông tin số lƣợng sản phẩm gồm mẫu 1, mẫu 2, mẫu số lƣợng sản phẩm hỏng 3.4 Giao diện chƣơng trình Hình 3.28: Giao diện chƣơng trình 60 an Hướng dẫn sử dụng: Trƣớc mở chƣơng trình lên cần phải ý đảm bảo kết nối, nguồn cấp cho thiết bị Bắt đầu chƣơng trình đợi vài giây để thiết lập kết nối đến có thơng báo hồn thành Trƣớc tiên cài đặt thông số bảng điều khiển sau nhớ save_control lại bao gồm: Tùy chọn tƣơng phản, tùy chọn nhị phân, xóa vùng trắng L1 xóa vùng trắng L2 Tiến hành nạp mẫu 1, 2, thông qua nút mẫu 1, nút mẫu nút mẫu 3.Nhƣ hoàn thành bƣớc cài đặt ban đầu Tiếp theo cho phép chƣơng trình chạy nhấn nút: Bắt Đầu Camera: Màn hình hiển thị Cam Mẫu 1: Màn hình hiển thị mẫu Mẫu 2: Màn hình hiển thị mẫu Mẫu 3:Màn hình hiển thị mẫu Thơng tin: Hiển thị thông tin cần thiết nhƣ tổng sản phẩm, số lƣợng mẫu 1, 2, Kết luận hiển thị kết nhận dạng có sản phẩm qua Trạng thái: Hiển thị thơng tin chƣơng trình chạy hay dừng Button: Nơi chứa nút nhấn quan trọng nhƣ bắt đầu, reset, reset mạng, close (dừng thoát chƣơng trình) Ngồi bảng điều khiển cịn có nút kiểm tra nhận dạng xử lý ảnh nhằm camera khơng nhận dạng đƣợc dễ dàng kiểm tra phát lỗi để điều chỉnh thông số cho phù hợp 61 an CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 Kết phần cứng Hình 3.29: Kết phần cứng 62 an KHẢO SÁT  Tỉ lệ nhận dạng MẪU 53/60 MẪU 51/60 MẪU 53/60 MẪU HỎNG 60/60 50/60 52/60 54/60 55/60  Hoạt động băng tải 55/60 54/60 56/60 51/60  Hoạt động cánh tay gắp 50/60 55/60 53/60 54/60  Truyền thông tin qua mạng Bảng 3.3: Bảng khảo sát vận hành sản phẩm (mỗi mẫu ngƣời thực tiến hành kiểm tra 60 lần) Nhận xét: - Hệ thống nhận dạng, phân loại mẫu với tỉ lệ xác cao Cánh tay gắp đƣa sản phẩm vào kho định trƣớc tốt Thông tin số lƣợng sản phẩm kho lên trang web, nhiên trễ định nên hệ thống hoạt động chậm Các relay đóng ngắt hoạt động tốt, đáp ứng yêu cầu Các cảm biến đáp ứng đƣợc yêu cầu đặt 4.2 Kết phần mềm 4.2.1.Giao diện web Hình 3.30: Hiển thị thông tin số lƣợng sản phẩm 63 an Nhƣ trình bày, trang web thực đƣợc yêu cầu từ hệ thống: Hiển thị thông tin số lƣợng sản phẩm kho lên web ngồi việc reset thơng tin đƣợc thực tốt 4.2.2.Giao diện Guide Matlab Hình 3.31: Giao diện chƣơng trình Nhận xét: Giao diện chƣơng trình đáp ứng đƣợc hầu hết yêu cầu đặt nhƣ: - Hiển thị hình camera Điều chỉnh thơng số xử lí ảnh Điều khiển băng tải 64 an - Reset mạng Hiển thị thông tin số lƣợng Nạp mẫu, hiển thị mẫu Thể trạng thái băng tải: hoạt động dừng, có sản phẩm không… 65 an CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau hoàn thànhluận văn, ngƣời thực đối tốt yêu cầuđề ra, cụ thể: - Nhận dạng đƣợc sản phẩm theo mẫu - Phân loại đƣợc sản phẩm cánh tay gắp - Truyển thông tin số lƣợng sản phẩm qua mạng - Thiết kế mơ hình phần cứng hoạt động tốt Bên cạnh thời gian có hạn nên hạn chế nhƣ: Các mẫu phải có độ sai lệch diện tích 5.2.Hƣớng phát triển Từ chƣơng trình mở rộng, phát triển cách bổ sung chức nhận dạng màu… 66 an TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] TS Nguyễn Thanh Hải (2014), “Giáo Trình Xử Lý Ảnh”, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh [2] PGS.TS Nguyễn Quang Hoan (2006), “Giáo Trình Xử Lý Ảnh”, Học Viện Cơng Nghệ Bƣu Chính Viễn Thơng [3] Biện Quốc Thành (2016), “Nhận dạng sản phẩm vng, trịn, chữ nhật phần mềm matlab”, Đồ án môn học khóa 2013-2017 [4] Cộng Đồng Arduino (2014) “Tìm hiểu Arduino”, , xem 12/06/2017 Tiếng Anh [1] Derek C W Pao, Hon F.li, Member, IEEE, and R.Jayakumar “Shape Recognition Using the Straight Line Hough Transform:Theory and Generalizatiion” [2] Claudio Rosito Jung and Rodrigo Schramm UNISINOS - Universidade Vale Rio dos Sinos 67 an PHỤ LỤC: HƢỚNG DẪN QUY TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Các bƣớc điều khiển hệ thống: BĂNG CHUYỀN NHẬN DẠNG, PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MẪU, KẾT HỢP GIÁM SÁT HỆ THỐNG THÔNG QUA MẠNG Bƣớc 1: Kết nối thiết bị - Kết nối cổng USB PC Arduino Uno Kết nối cáp RJ45 với Arduino Ethernet Cấp nguồn điện Bƣớc 2: Kiểm tra cổng IP cổng mạng để đặt IP cho Arduino Ethernet Truy cập theo: Control Panel\Network and Internet\Network Connections Nhấp đôi vào card mạng bạn sử dụng (trong hình ngƣời thực dùng Wifi) 68 an Tiếp theo chọn vào Details… Lƣu ý hình vùng màu đỏ để kết nối mạng: 10.0.0.20 Để dễ dàng ta truy cập vào: http://www.subnet-calculator.com/ 69 an Vùng màu đỏ phía dải IP ngƣời sử dụng đặt cho Arduino Ethernet Ngƣời thực chọn: 10.0.0.123 Tiếp theo ta mở code chuẩn bị nạp cho Arduino Ethernet để đặt IP 70 an Vùng màu đỏ nơi ngƣời thực đặt IP Sau tiến hành nạp code cho Arduino Ethernet mở trang web lên trình duyệt vs IP 10.0.0.123 Bƣớc 3: Mở chƣơng trình máy tính chạy Đợi lúc để kết nối camera, arduino có thông báo nhƣ sau Bƣớc 4: Cài đặt thông số đƣa mẫu vào 71 an Cài đặt thông số thông qua giao diện: Sai số cho phép: Thể sai số cho phép mà chƣơng trình nhận dạng mẫu sản phẩm đầu vào, thông số nhỏ mức độ xác cao Tùy chỉnh tƣơng phản: lựa chọn theo cài sẵn, cài sẵn từ 0.1-0.9 Tùy chỉnh tƣơng phản: lựa chọn theo cài sẵn, cài sẵn: PP octsu, 0.1-0.9 Xóa vùng trắng lần 1, lần 2: Xóa vùng đối tƣợng có diện tích nhỏ thơng số Lƣu ý: Sau cài đặt thông số, ngƣời dùng phải nhấn vào Save_control để lƣu thơng tin Nếu khơng dùng theo thơng số mặc định Nếu q trình cài mẫu, có vấn đề nhận dạng khơng đƣợc tìm lỗi thơng qua kiếm tra nhận dạng XLA 72 an Ngƣời sử dụng thấy đƣợc q trình xử lí để đƣa đƣợc kết quả: Nếu bị lỗi điều chỉnh lại thông số để khắc phục lỗi xảy Bƣớc : Nhấn nút bắt đầu để thực chƣơng trình Khi băng tải chạy, ngƣời dùng thay đổi tóc độ băng tải thơng qua biến trở Ngƣời dùng cho sản phẩm vào để chƣơng trình thực Trong q trình chạy có vấn đề muốn nạp lại mẫu nhấn nút dừng, tiếp tục để ngừng, chạy tiếp băng tải 73 an S an K L 0 ... CHÍ MINH KHOA ĐÀ O TẠO CHẤT LƢỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BĂNG CHUYỀN NHẬN DẠNG, PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MẪU, KẾT HỢP GIÁM SÁT HỆ THỐNG THÔNG QUA MẠNG \ SVTH : NGUYỄN XUÂN LỘC MSSV :13141597... dựng băng chuyền phân loại sản phẩm theo mẫu có sẵn, mẫu đƣợc tùy chọn (tối đa mẫu) Cánh tay Robot gắp sản phẩm đƣợc phân loại vào ba kho Giám sát thông tin số lƣợng sản phẩm kho thông qua mạng. .. lƣợng sản phẩm kho thông qua mạng internet Sản phẩm: Mơ hình băng chuyền phân loại sản phẩm, cánh tay robot gắp sản phẩm giám sát hệ thống thông qua mạng GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ii an CỘNG HÒA XÃ